强界面能各向异性下二元Ni-Cu合金枝晶生长过程的相场法模拟

基于Wheeler模型和Eggleston修正强界面能各向异性的方法,建立耦合溶质场和温度场的相场模型,模拟强界面能各向异性下Ni-Cu合金枝晶生长过程.结果表明:在强界面能各向异性作用下,界面方向枝晶生长不连续且枝晶出现棱角;由于枝晶尖端温度梯度和溶质梯度较大,枝晶生长迅速.当界面能各向异性强度低于临界值时,枝晶尖端生长速度随界面能各向异性强度的增加而增大;当界面能各向异性强度等于临界值时,枝晶尖端生长速度下降4.34％;当界面能各向异性强度大于临界值时,枝晶尖端生长速度随界面能各向异性强度的增加先增大到极大值后逐渐减小.当无量纲热过冷度较小时,晶体平衡形貌为类矩形;随着无量纲热过冷度的增加,晶体平衡形貌向枝晶转变,枝晶尖端生长速度先呈幂指数增加,然后呈线性增加,枝晶生长由扩散控制转变为动力学控制.     

镁合金枝晶生长的相场法研究

采用有限差分法求解考虑界面能各向异性的相场模型,对镁合金枝晶生长过程进行了模拟计算,研究了无量纲过冷度和各向异性强度对枝晶生长行为的影响。结果表明:镁合金枝晶在二维平面上具有6个最优生长方向,优先生长方向上枝晶生长迅速,形成枝晶主干,枝晶形貌具有六重对称性。随着过冷度和各向异性强度的增加,枝晶形貌由光滑的类六边形向具有侧向分支的六重对称形貌转变,温度扩散层由类球形向星形过渡,枝晶尖端生长速率增加,尖端曲率半径和温度值减小。     

HCP材料强界面能各向异性的相场模型

基于Karma模型和Eggleston修正强界面能各向异性的方法,建立HCP材料的强界面能各向异性相场模型。采用有限差分法对控制方程进行数值求解,模拟研究HCP材料的枝晶生长行为。结果表明：枝晶形貌呈现出明显的六重对称性,界面方向不连续,导致在主枝和侧枝的尖端出现棱角。当界面能的各向异性强度低于临界值（1/35）时,枝晶尖端稳态生长速度随着各向异性强度的增加而增加;当界面能各向异性强度值超过临界值时,尖端稳态生长速度降低0.89%;当进一步增加各向异性强度值时,尖端稳态速度增加且在各向异性强度值为0.04时达到极大值,随后减小。     

Fe-C合金枝晶生长的相场模拟

采用相场法模拟了Fe-C0.5mol%合金等温凝固中的枝晶生长过程,研究了各向异性模数、各向异性强度和过冷度对枝晶生长的影响.结果表明,在二维平面上,枝晶沿<100>方向生长时,形成四重对称的枝晶形貌;枝晶沿<110>方向生长时,形成六重对称的枝晶形貌.随着各向异性强度增加,枝晶生长速度增加,晶粒由类球状向枝晶转变.随着过冷度的增加,枝晶生长速度增大,溶质扩散层减小,枝晶变的粗大.     

相场法模拟强各向异性作用下二元合金枝晶生长

基于Wheeler模型和Eggleston修正强界面能各向异性的方法,建立耦合溶质场和温度场的相场模型,模拟强界面能和界面动力学各向异性下Ni-Cu合金的枝晶生长过程。结果表明:两种各向异性均显著影响枝晶生长,在强界面动力学各向异性下,固相以类矩形方式沿?110?方向生长;在强界面能各向异性及同时存在两种各向异性下,固相以枝晶方式沿?100?方向生长,界面方向不连续,枝晶臂主枝尖端出现棱角。在各向异性强度取值相同情况下,仅有界面能各向异性时,?100?方向枝晶尖端温度梯度大,生长迅速,稳态生长速度比同时存在两种各向异性的大32.26%;仅有界面动力学各向异性时,?100?方向枝晶尖端温度梯度小且溶质浓度高,生长缓慢,稳态生长速度比同时存在两种各向异性的小48.92%。     

Al-Zn合金等轴晶生长的三维相场法模拟

采用耦合了溶质场与热扰动的三维相场模型,对Al-Zn合金凝固过程中的等轴晶生长进行了模拟,研究了界面能各向异性参数、热扰动对枝晶生长的影响。结果表明,界面能各向异性参数改变会引发枝晶取向转变现象;热扰动的加入会促发二次枝晶的产生,但不改变枝晶尖端的稳态行为。随着热扰动幅值增大,二次枝晶幅值增大,二次枝晶间距无明显变化。     

相场法模拟流动下纯物质多晶粒枝晶形貌研究

基于相场方法时包含多晶粒的纯物质凝固过程进行了数值模拟.以Ni-Cu合金为例,展示了多核晶粒形貌的生长过程,研究了流速、各向异性参数对多枝晶生长形貌的影响.结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核的生长模式由自由生长演化为竞争生长;引入强制流动后,晶核生长为非对称的枝晶,上游枝晶臂的生长受到促进,下游臂受到抑制并向下倾斜生长,垂直臂受到的影响很小,但是它逐渐向迎流方向倾斜生长;随着流速的增大,多枝晶的非对称性增强,随着各向异性值的增大,各枝晶形貌大小逐渐增大,上游臂尖端界面的溶质堆积程度逐渐减弱.     

相场法模拟流动下纯物质多晶粒枝晶形貌研究

基于相场方法对包含多晶粒的纯物质凝固过程进行了数值模拟.以Ni-Cu合金为例,展示了多核晶粒形貌的生长过程,研究了流速、各向异性参数对多枝晶生长形貌的影响.结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核的生长模式由自由生长演化为竞争生长;引入强制流动后,晶核生长为非对称的枝晶,上游枝晶臂的生长受到促进,下游臂受到抑制并向下倾斜生长,垂直臂受到的影响很小,但是它逐渐向迎流方向倾斜生长;随着流速的增大,多枝晶的非对称性增强,随着各向异性值的增大,各枝晶形貌大小逐渐增大,上游臂尖端界面的溶质堆积程度逐渐减弱.     

用相场法研究界面动力学各向异性对纯Ni枝晶生长的影响

基于耦合流场的Wheeler模型,对界面各向异性作用下纯镍枝晶生长过程进行模拟,研究了界面动力学各向异性对枝晶形貌及尖端生长行为的影响。结果表明:在仅有界面能各向异性(ε4)时,晶粒以枝晶方式沿<100>方向生长;在仅有界面动力学各向异性(εk)时,晶粒以枝晶方式沿<110>方向生长。界面同时存在ε4、εk时,随着εk的增加,晶粒优先生长方向由<100>过渡到<110>方向,[100]和[-100]方向尖端稳态速度减小,稳态温度升高。当ε4=εk=0.04时,随着凝固时间的推移,晶粒形貌由伞状经类正方形向发达枝晶形貌转变。     

晶粒生长中高界面能各向异性的相场模拟

建立了一个能够模拟纯物质的计算有效的相场模型,该模型考虑了强动力学各向异性和高各向异性界面能。采用数值计算模拟了各种程度的各向异性（强动力学和高各向异性界面能）。在界面各向异性系数变化中,平衡晶体形貌从光滑过渡到出现角部,这之间有一临界值。小于临界值时,生长速度随界面能各向系数的增加单调增加;各向异性系数大于临界值时,随界面能各向系数的增加生长速度减小。在过冷度的变化过程中,生长速度从受热扩散控制转变到动力学控制,在热扩散控制时,生长速度随过冷度增加而增加,枝晶尖端半径随温度增加而减小;在动力学控制时生长速度和枝晶尖端半径随过冷度增加而增加,这与传统的微观可解理论认为R^2V=CONSTANT有所违背。     

镁合金枝晶形貌的相场方法模拟

针对hcp晶系的镁合金,建立了其二维枝晶生长的相场模型.根据该模型编写模拟程序,得到了具有六重对称性的晶粒形貌,并根据模拟结果分析了温度场对其枝晶臂形成的影响;根据该模型耦合热扰动进行镁合金微观组织模拟,从计算结果中观察到了枝晶臂相互竞争、改变优先生长方向、颈缩、熔断、融合等现象;计算得到的枝晶形貌与实验结果较为吻合.同时还研究了参数的选取对镁合金枝晶发育的影响.     

铝硅基复合材料中硅相形貌研究

在金相显微镜和扫描电子显微镜上观察和研究了氧化铝／铝硅合金复合材料中的硅相形貌。结果表明氧化铝纤维与硅相之间存在共格界面,可作为硅相非自发形核的衬底;复合材料中的初生硅可在纤维表面形核生长为颗粒状;复合材料中的纤维在铝硅共晶体的共生生长过程中,可触发孪晶,导致纤维附近的共晶硅呈变质形态。     

镍基合金沉淀过程相场法界面演化规律研究进展

介绍了微观相场的动力学模型以及运用相场法对镍基合金沉淀过程界面演化规律取得的研究进展.该模型可成功描述合金沉淀过程中沉淀相形貌和结构的演化,得到一系列的场变量、沉淀相界面结构、界面迁移性等性质.利用该模型已经对许多先进镍基合金的相变动力学进行了模拟研究.     

凝固微观组织晶体相场模型的研究进展

晶体相场模型(phase field crystal model)是一种模拟凝固微观组织的新方法,对这一模型及其应用的研究是近年来国际上的研究热点问题.论述了晶体相场模型原理及其在凝固微观组织数值模拟中的研究现状,并且指明了进一步的研究方向.     

AKS合金丝中第二相粒子形貌演变机理研究

对AKS合金中第二相粒子在烧结、轧制和拉拔各个工序中组织形貌的演变及演变机理进行研究.结果表明,烧结坯中的第二相粒子呈球形且随机分布在晶内及晶界上;轧制杆中的第二相粒子呈拉长的针状或条状分布在晶内或晶界,有的甚至穿越几个晶粒;退火态丝材中第二相粒子沿轴向呈线性分布,成多束粒子列分布在晶界或晶内.第二相粒子经压力加工后由非晶变为晶体,再经过热处理又成为非晶.     

合金沉淀过程相场法模拟研究进展

通过简单介绍研究合金的一些方法,综述了相场法的界面模型、动力学模型、常用的求解方法以及目前国内外运用微观相场法模拟合金沉淀过程的研究进展,提出了微观相场模型在模拟合金沉淀机制中的一些成功及不足之处,以及今后的研究方向.     

硅烷偶联剂的界面性能研究

采用红外光谱表征了硅烷偶联剂及硅橡胶胶粘剂的结构;并用硅烷偶联剂预处理金属(马口铁)、塑料表面,然后用硅橡胶胶粘剂分别粘接金属与金属、塑料与塑料的界面,测定其粘接剪切强度及拉伸强度;用硅烷偶联剂预处理玻璃纤维表面,测定玻璃纤维增强不饱和树脂试样的拉伸强度.试验结果表明:红外光谱可以较准确地表征硅烷偶联剂及硅橡胶胶粘剂的结构:经过硅烷偶联剂预处理后,不论是金属界面、塑料界面间粘接剪切强度,还是玻璃纤维增强不饱和树脂的拉伸强度均有明显提高.     

Al-4%Cu合金定向凝固温度梯度变化及界面形态演化规律

摘　要：研究了Al-4%Cu合金定向凝固界面形态随抽拉速率的演化规律及其转变机制.通过测量自行研制的定向凝固设备的温度梯度,发现温度梯度随抽拉速率的增大而减小,并随炉体温度的升高而增大.研究了Al-4%Cu合金定向凝固的界面演化及生长形态,对比后发现,在胞状生长过程中,竞争淘汰是主要的生长方式;而在高速抽拉过程中,尖端开裂是枝晶的主要生长方式.